基于外供氫氣-氫化物-原子熒光光譜法測(cè)定地球化學(xué)樣品中硒的研究

陳海杰， 馬 娜， 白金峰， 陳大磊， 顧 雪，于兆水， 孫彬彬， 張 勤*

1. 自然資源部地球化學(xué)探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 廊坊 065000 2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所， 河北 廊坊 065000 3. 山東省物化探勘查院， 山東 濟(jì)南 250013

引 言

硒(Se)是多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查、 土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)等項(xiàng)目中必測(cè)的重要元素。 目前Se的測(cè)定主要采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)和氫化物-原子熒光光譜法(HG-AFS)。 ICP-MS測(cè)定Se時(shí)， Se的第一電離能較高， 因此靈敏度相對(duì)較低， 同時(shí)76Se，78Se，80Se等都會(huì)受到多原子離子的干擾[1]。 雖然可以采用He和H2等碰撞反應(yīng)有效降低多原子離子的干擾， 但也同時(shí)降低了測(cè)定Se的靈敏度。 HG-AFS具有靈敏度高、 檢出限低等優(yōu)點(diǎn)， 是目前地球化學(xué)樣品中Se測(cè)定最常用方法。 HG-AFS測(cè)定Se時(shí)， 氫氣(H2)的來(lái)源通常為硼氫化鉀(KBH4)與酸反應(yīng)產(chǎn)生。 本文發(fā)現(xiàn)采用氫氣發(fā)生器為AFS提供H2， 可以大幅度提高HG-AFS測(cè)定Se的靈敏度和精密度。

土壤等樣品中的Se前處理方法， 環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用王水微波消解[2]、 地質(zhì)礦產(chǎn)和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用硝酸(HNO3)-高氯酸(HClO4)消解[3-4]。 王水消解樣品的回收率偏低[5-6]。 而采用HNO3-HClO4消解樣品， 因需要采用濃鹽酸(HCl)將Se(Ⅵ)還原為Se(Ⅳ)， 往往需要單獨(dú)進(jìn)行消解。

地球化學(xué)調(diào)查和研究通常測(cè)定幾十個(gè)元素， 需要分別進(jìn)行多次消解。 其中地礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DZ/T 0279.3—2016采用HNO3-HF-HClO4消解樣品， 消解后的樣品采用王水溶解[7]。 該消解體系的溶液如果能用于Se的測(cè)定， 將大大提高地球化學(xué)樣品分析測(cè)試的工作效率。 本文對(duì)比研究了該消解體系用于Se測(cè)定的可行性， 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)地球化學(xué)樣品中Se采用HNO3-HF-HClO4相較于HNO3-HClO4消解更加完全； 消解后的樣品采用王水溶解時(shí)， 王水中大量的氯離子(Cl-)可以將Se(Ⅵ)還原為Se(Ⅳ)。

基于以上研究， 建立了外供H2-HG-AFS測(cè)定地球化學(xué)樣品中的Se的方法， 大幅度提高了測(cè)定Se的準(zhǔn)確度和精密度， 同時(shí)減少了單獨(dú)樣品消解時(shí)的工作量和試劑消耗， 提高地球化學(xué)樣品多元素分析的工作效率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

XGY-2020A全自動(dòng)氫化物-原子熒光光譜儀， 廊坊開(kāi)元高技術(shù)開(kāi)發(fā)公司； TH-500純水型高純度氫氣發(fā)生器， 北京中惠普分析技術(shù)研究所； Se空心陰極燈， 北京有色研究總院； 分析天平， 感量0.1 mg， 北京賽多利斯。

圖1 外供氫氣-氫化物-原子熒光光譜儀示意圖

HNO3， HCl， HF， HClO4和氫氧化鈉(NaOH)為優(yōu)級(jí)純； 三氯化鐵(FeCl3·6H2O)和硼氫化鉀(KBH4)為分析純。

鐵鹽溶液: 稱取180 g FeCl3·6H2O于2 000 mL燒杯中， 加入200 mL HCl加熱至溶解， 轉(zhuǎn)入2 000 mL容量瓶中， 加去離子水定容至刻度， 搖勻， 備用。

鐵鹽稀釋液： 移取80 mL 鐵鹽溶液于2 000 mL容量瓶中， 加入去離子水定容至刻度， 搖勻， 備用。

5‰ KBH4溶液： 稱取5 g KBH4和2 g NaOH溶解于1 000 mL去離子水中。

王水： 采用3份HCl與1份HNO3配制而成(現(xiàn)用現(xiàn)配)。

1.2 樣品消解

稱取0.25 g(精確到0.1 mg)樣品置于50 mL聚四氟乙烯燒杯中， 用少量水潤(rùn)濕， 加入10 mL HNO3， 10 mL HF和3 mL HClO4， 將聚四氟乙烯燒杯置于250 ℃的電熱板， 加熱至HClO4煙冒盡， 取下。 趁熱加入10 mL 王水(現(xiàn)用現(xiàn)配)， 繼續(xù)加熱5～10 min， 王水剩余5 mL左右后， 取下， 冷卻后將溶液轉(zhuǎn)入25 mL試管中， 用去離子水稀釋至刻度， 搖勻， 靜置澄清。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

0.2 mg·L-1Se標(biāo)準(zhǔn)溶液采用1 000 mg·L-1標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋而成。

Se標(biāo)準(zhǔn)溶液系列： 分別吸取0.2 mg·L-1Se標(biāo)準(zhǔn)溶液0， 0.5， 1.0， 2.0， 4.0和8.0 mL于100 mL容量瓶中， 加入20 mL王水(1∶1)， 加入8 mL 鐵鹽溶液， 分別配制成0， 1.0， 2.0， 4.0， 8.0和16.0 μg·L-1Se標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4 測(cè)定

XGY-2020A全自動(dòng)氫化物-原子熒光光譜儀測(cè)定Se的參數(shù)為: 燈電流55 mA; 輔助電流40 mA； 測(cè)定時(shí)間20 s； 光源模式為間歇； 負(fù)高壓-250 V； 原子化器溫度100 ℃； 載氣800 mL·min-1； 干燥氣400 mL·min-1； 驅(qū)氣800 mL·min-1； H2120 mL·min-1； 加液時(shí)間4 s； 清洗時(shí)間3 s； 除殘時(shí)間10 s； 硼氫化鉀溶液5‰。

移取2.5 mL消解后的樣品溶液于反應(yīng)杯， 加入2.5 mL 鐵鹽稀釋液， 采用上述儀器條件進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 氫氣的影響

XGY-2020A全自動(dòng)HG-AFS采用氫氣發(fā)生器為HG-AFS測(cè)定Se提供反應(yīng)的H2。 進(jìn)行了H2加入量的實(shí)驗(yàn)， 結(jié)果見(jiàn)圖2。 隨著H2加入量的增大熒光強(qiáng)度逐漸提高， H2流量增大到100 mL·min-1以上時(shí)基本保持不變。 不加H2時(shí)， 剛開(kāi)始KBH4與酸產(chǎn)生的H2不足以點(diǎn)燃?xì)浠鹧妫?反應(yīng)產(chǎn)生的硒氫化物未被原子化。 隨著H2的加入可以更早的點(diǎn)燃?xì)浠鹧妫?因此靈敏度得到了提高。 間斷氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法記憶效應(yīng)小， 但較難得到好的重現(xiàn)性。 H2的加入提高了測(cè)定的精密度(RSD)， 特別是H2流量達(dá)到80 mL·min-1及以上時(shí)， 氫氣發(fā)生器提供的H2足夠先行點(diǎn)燃?xì)浠鹧妫?這樣有效避免點(diǎn)火提前或遲滯等對(duì)測(cè)定精密度(n=6)的影響。 因此實(shí)驗(yàn)選擇H2的加入量為120 mL·min-1。

圖2 氫氣加入量對(duì)原子熒光強(qiáng)度的影響

2.2 王水還原Se(Ⅵ)

2.3 HNO3-HF-HClO4消解樣品

測(cè)定土壤和水系沉積物等樣品中的Se前處理方法， 主要有王水水浴消解[6]、 王水微波消解[2]、 HNO3-HClO4消解[4]等。 其中采用王水消解樣品時(shí)回收率偏低[5-6]， 可能是由于王水消解樣品不完全引起的。 本文分別采用HNO3-HClO4和HNO3-HF-HClO4對(duì)土壤和水系沉積物樣品進(jìn)行消解， 結(jié)果見(jiàn)表2。 結(jié)果表明HNO3-HClO4和HNO3-HF-HClO4消解后的測(cè)定均取得較為滿意的結(jié)果， 但采用HNO3-HClO4的測(cè)量結(jié)果略低。 而樣品采用HNO3-HF-HClO4消解時(shí)， HF將硅酸鹽礦物分解， 消解更加完全[5]。 因此樣品選擇采用HNO3-HF-HClO4進(jìn)行消解。

表1 王水和濃HCl還原Se(Ⅵ)的測(cè)定結(jié)果

表2 不同消解方法的測(cè)定結(jié)果

2.4 共存干擾元素的影響

HG-AFS 測(cè)定Se時(shí)， 會(huì)受到Cu等重金屬元素以及能產(chǎn)生氫化物的Pb等元素的干擾。 在一定酸度下Fe3+可以有效提高共存Cu2+等的允許量[11]， 因此選擇加入Fe3+以提高共存Cu2+等的允許量。 由于采用非色散HG-AFS， 樣品中Pb等元素所產(chǎn)生的熒光信號(hào)可能會(huì)被Se元素信號(hào)加以接收造成結(jié)果偏高， 當(dāng)酸度大于8%以上時(shí)Pb干擾相對(duì)較小[12]。 因此選擇測(cè)定酸度為10%。 加大測(cè)定時(shí)的稀釋倍數(shù)可以降低測(cè)定時(shí)的干擾， 但過(guò)大的稀釋倍數(shù)會(huì)影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性， 而硒在地球化學(xué)樣品中含量相對(duì)較低， 因此選擇樣品的稀釋倍數(shù)為200倍。

2.5 方法檢出限和精密度

隨機(jī)選取3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)， 按照樣品消解程序平行制備標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和樣品空白12份。 消解后樣品分別采用王水和HCl(1∶1)加熱溶解。 測(cè)定樣品的檢出限和精密度， 結(jié)果見(jiàn)表3。 樣品采用HCl還原后不加H2測(cè)定以及采用王水和濃HCl還原后加H2測(cè)定得出的檢出限分別為0.009， 0.007和0.008 mg·kg-1， 精密度(n=12)分別為5.2%～6.0%， 2.1%～5.3%和3.0%～4.4%。 結(jié)果表明王水和濃HCl同樣可以將樣品中Se(Ⅵ)還原成Se(Ⅳ)， 采用氫氣發(fā)生器為HG-AFS提供氫氣(H2)可以降低方法的檢出限， 提高方法的精密度。

2.6 方法準(zhǔn)確度

隨機(jī)選取土壤和水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)36個(gè)， 按照制定的方法進(jìn)行測(cè)定， 結(jié)果見(jiàn)表4。 相對(duì)誤差從-13.6%～16.9%， 絕大部分誤差在±10% 以內(nèi)， 取得了非常滿意的效果。

表3 檢出限和精密度

表4 準(zhǔn)確度測(cè)定結(jié)果

3 結(jié) 論

采用氫氣發(fā)生器為HG-AFS提供H2， 可以提高HG-AFS測(cè)定Se的靈敏度和精密度； 地球化學(xué)樣品中的Se采用HNO3-HF-HClO4相較于HNO3-HClO4消解更加完全； 消解后的樣品采用王水可以將Se(Ⅵ)還原為Se(Ⅳ)， 基于此建立的外供H2-HG-AFS測(cè)定地球化學(xué)樣品中硒的方法取得了滿意的效果。 同時(shí)該消解體系的樣品消解液還可用于ICP-MS測(cè)定Ba， Be和Bi等15元素， 大大提高地球化學(xué)樣品多元素分析效率。